《AFM》5秒自動(dòng)自愈/1.2MPa磁性彈性膠體，用于即時(shí)恢復(fù)/模塊編程/熱回收軟機(jī)器人

非金非土非木

2021年6月9日 10:39

【科研摘要】

由于其機(jī)械順應(yīng)性和損傷恢復(fù)能力，已經(jīng)深入探索了用于軟機(jī)器人應(yīng)用的本質(zhì)自修復(fù)可拉伸聚合物。然而，它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界機(jī)器人應(yīng)用中的普遍使用目前受到各種限制的阻礙，例如機(jī)械強(qiáng)度低、愈合時(shí)間長(zhǎng)和外部能量輸入要求。

《AFM》5秒自動(dòng)自愈/1.2MPa磁性彈性膠體，用于即時(shí)恢復(fù)/模塊編程/熱回收軟機(jī)器人的圖1

最近，新加坡國(guó)立大學(xué) Ghim Wei Ho 教授團(tuán)隊(duì) 介紹了一種具有豐富可逆鍵的分層動(dòng)態(tài)聚合物網(wǎng)絡(luò)的自修復(fù)超分子磁性彈性體（ SHSME）。SHSME 具有高機(jī)械強(qiáng)度（楊氏模量為 1.2 MPa，類似于硅橡膠）和快速自愈能力（在環(huán)境溫度下 5 秒自修復(fù)后 300% 拉伸應(yīng)變）。展示了一些基于 SHSME 的機(jī)器人演示，即快速兩棲功能恢復(fù)、具有復(fù)雜幾何形狀和多種功能的模塊化組裝原型軟機(jī)器人，以及用于有限空間機(jī)器人任務(wù)的肢解 -導(dǎo)航-組裝策略。值得注意的是，SHSME 框架支持循環(huán)材料設(shè)計(jì)，因?yàn)樗蔁嶙冃我曰厥绽茫故咀詣?dòng)修復(fù)以延長(zhǎng)使用壽命，并且可模塊化用于定制結(jié)構(gòu)和功能。相關(guān)論文以題為 A Fast Autonomous Healing Magnetic Elastomer for Instantly Recoverable, Modularly Programmable, and Thermorecyclable Soft Robots 發(fā)表在《 Advanced Functional Materials 》上。

【主圖導(dǎo)讀】

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圖1 SHSME材料的合成、自愈機(jī)制和表征。

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圖2 SHSME 材料的快速自動(dòng) 自愈特性。

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圖3 基于 SHAME的具有兩棲自愈能力的水蜘蛛軟體機(jī)器人。

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圖4 基于 SHAME 的閉環(huán)自由模塊化組裝。

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圖5 基于 SHAME 的肢解-導(dǎo)航-組裝策略。

【總結(jié)】

軟機(jī)器人通常可以承受鈍性損壞（如沖擊、彎曲和壓縮），但是，由于其固有的柔軟性，它們極易受到破壞性 /撕裂性機(jī)械損壞（穿刺和切割）的影響。結(jié)構(gòu)損壞會(huì)降低性能甚至禁用機(jī)器人功能。為了開發(fā)用于軟機(jī)器人設(shè)計(jì)的高性能自修復(fù)和可拉伸聚合物，團(tuán)隊(duì) 提出了一種簡(jiǎn)便的超分子磁性聚合物 SHSME 合成方法，該方法具有動(dòng)態(tài)線性主鏈和交聯(lián)劑的組合。源自單體 ALA 的小分子結(jié)構(gòu)和多個(gè)可逆鍵在聚合物網(wǎng)絡(luò)中提供了高密度的動(dòng)態(tài)鍵，從而產(chǎn)生了快速的自主自愈。SHSME材料可以在 5 秒內(nèi)從破壞性的切穿損傷中自我修復(fù)后維持 300% 的拉伸，這使其特別適合需要從不可預(yù)測(cè)的損傷中即時(shí)恢復(fù)功能的軟機(jī)器人應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)展示了具有多模態(tài)運(yùn)動(dòng)和兩棲自愈能力的基于 SHSME 的水蜘蛛軟機(jī)器人。更重要的是，開發(fā)了一種基于 SHSME 的閉環(huán)自由模塊化組件，可以快速輕松地制作具有多種機(jī)器人功能的復(fù)雜 3D 結(jié)構(gòu)軟機(jī)器人。最后，為了解決有限空間機(jī)器人任務(wù)的挑戰(zhàn)性問題，提出了一種基于 SHSME 的肢解-導(dǎo)航-組裝策略，以實(shí)現(xiàn)封閉空間內(nèi)軟機(jī)器人的導(dǎo)航和集成。分層動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的概念可以激發(fā)快速自修復(fù)超分子聚合物的設(shè)計(jì)，其優(yōu)越的自修復(fù)性能可以從軟機(jī)器人擴(kuò)展到其他應(yīng)用領(lǐng)域，如軟電子和生物工程。

參考文獻(xiàn) ：

doi.org/10.1002/adfm.202101825

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【往期回顧】

【 1 】 《Science Advances》康奈爾大學(xué)馬明林：可細(xì)胞遞送的水凝膠反向呼吸封裝系統(tǒng)

【2 】《大分子》浙大吳子良/鄭強(qiáng)/杜淼，華工孫桃林：氫鍵締合介導(dǎo)的韌性超分子水凝膠的動(dòng)力學(xué)和粘彈性

【3 】 臺(tái)灣大學(xué)徐善慧《材料化學(xué)》分層膠束結(jié)構(gòu)和快速粘合性的可注射酚醛-殼聚糖自修復(fù)水凝膠

【4 】 《AFM》北化劉惠玉/郭新東：NIR激光觸發(fā)的微針液體創(chuàng)可貼，用于傷口護(hù)理

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